导带和价带

创作时间：二零二一年六月三十日

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（1）导带conductionband：之南宫帮珍创作

创作时间：二零二一年六月三十日

导带是由自由电子形成的能量空间.即固体结构内自由运动

的电子所具有的能量范围.

对金属,所有价电子所处的能带就是导带.

对半导体,所有价电子所处的能带是所谓价带,比价带能量

更高的能带是导带.在绝对零度温度下,半导体的价带(valence

band)是满带(见能带理论),受到光电注入或热激发后,价带中

的部份电子会越过禁带(forbiddenband/bandgap)进入能量较

高的空带,空带中存在电子后即成为导电的能带——导带.

势能动能：导带底是导带的最低能级,可看成是电子的势能,

通常,电子就处于导带底附近；离开导带底的能量高度,则可

看成是电子的动能.当有外场作用到半导体两端时,电子的势能

即发生变动,从而在能带图上就暗示出导带底发生倾斜；反过

来,凡是能带发生倾斜的区域,就肯定存在电场（外电场或者

内建电场）.

（2）价带与禁带：

价带（valenceband）或称价电带,通常是指半导体或绝缘

体中,在0K时能被电子占满的最高能带.对半导体而言,此能带

中的能级基本上是连续的.全布满的能带中的电子不能在固体中自

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由运动.但如果该电子受到光照,它可吸收足够能量而跳入下一个

容许的最高能区,从而使价带酿成部份充填,此时价带中留下的

电子可在固体中自由运动.

禁带,英文名为：ForbiddenBand经常使用来暗示价带和

导带之间的能态密度为零的能量区间.禁带宽度的年夜小决定了资

料是具有半导体性质还是具有绝缘体性质.半导体的禁带宽度较小,

当温度升高时,电子可以被激发传到导带,从而使资料具有导电

性.绝缘体的禁带宽度很年夜,即使在较高的温度下,仍是电的不

良导体.无机半导体的禁带宽度从～,π-π共轭聚合物的能带

隙年夜致在～4.2eV,绝缘体的禁带宽度年夜于.

（3）导带与价带的关系：

“电子浓度=空穴浓度”,这实际上就是本征半导体的特征,

因此可以说,凡是两种载流子浓度相等的半导体,就是本征半

导体.

注意：不单未搀杂的半导体是本征半导体,就是搀杂的半导体,

在一定条件下（例如高温下）也可以转酿本钱征半导体.

空穴,载流子：价带中的许多电子（价电子）其实不能导电,

而少量的价电子空位——空穴才华导电,故称空穴是载流子.空

穴的最低能量——势能,也就是价带顶,通常空穴就处于价带

顶附近.

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禁带宽度：价带顶与导带底之间的能量差,就是所谓半导体的

禁带宽度.这就是发生本征激发所需要的最小平均能量.

施主与受主：对搀杂半导体,电子和空穴年夜大都是由杂质来

提供的.能够提供电子的杂质称为施主；能够提供空穴的杂质称

为受主.施主的能级处在靠近导带底的禁带中；受主的能级处在

靠近价带顶的禁带中.实际上未搀杂半导体的费米能级在价带和

导带的中央附近.n型半导体的费米能级在导带底附近,而p型在

价带顶附近.

（4）能隙：

能隙（Bandgapenergygap）或译作能带隙,在固态物理学中

泛指半导体或是绝缘体的价带（valenceband）顶端至传导带

（conductionband）底真个能量差距.

费米能：

根据量子力学理论,具有半奇数自旋量子数（通常为1/2）

的费米子,如电子,遵循泡利不相容原理,即一个量子态只能被

一个粒子所占据.因此,费米子在能级中的分布遵循费米-狄拉克

分布.一个由无相互作用的费米子组成的系统的基态模型可依照如

下的方法构造：从无粒子系统开始,将粒子逐个填入现有而未被

占据的最低能量的量子态,直到所有粒子全部填完.此时,系统的

费米能就是最高占据分子轨道的能量.

费米面：

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金属中的自由电子满足泡利不相容原理,其在单粒子能级上

分布几率遵循费米统计分布f(E)=1/(1+expE−Ef/KbT)

（其中Ef暗示费米能级,Kb暗示玻尔兹曼常数,T暗示温度）当

T=0K时,f(E)=1.暗示在绝对零度下,电子将占据E≤Ef的全部

能级,而年夜于Ef的能级将全部空着,自由电子的能量暗示为E

（k）=ћ²к²/2m,它在к空间的等能面是一球面,将E=Ef等能面

称为费米面.

注意：

半导体中费米能级和金属费米能级是分歧的,金属费米能级

就是0K下电子占据的最高能级.半导体中所谓费米能级实际上是

电子系统的化学势,是由热力学统计物理中推导的一个量,所以

说如果从金属费米能级角度理解的就错了.

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